Термоядерная энергетика. Технические трудности или "надувательство по-научному"?

Термоядерную энергетику принято считать альтернативной заменой ядерной энергетике в ближайшем будущем. Когда же это "ближайшее будущее" наступит? Как вообще обстоят сегодня дела в этой области?

В начале марта 2007 года появилась сенсационная статья о том, что китайским ученым удалось запустить термоядерный реактор. Неужели получилось?

      Но не будем спешить. Детальные исследования вопроса о проблемах термояденой энергетики привели к несколько странным выводам. Ниже излагаются некоторые версии и выводы о теперешнем состоянии дел в области термоядерной энергетики.
Не буду перегружать читателей научными подробностями. О том, что такое "термоядерная энергия" и "как это работает?", можно прочитать в интернете, хотя бы в той же Википедии

Термоядерные реакторы
       Исследования Управляемого термоядерного синтеза (УТС) ведутся уже не первое десятилетие. В мире было построено около 300 токамаков. Ниже перечислены наиболее крупные из них.
СССР и Россия
Т-3 — первый функциональный аппарат.
Т-4 — увеличенный вариант Т-3
Т-7 — уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе ниобата олова, охлаждаемого жидким гелием. Главная задача Т-7 была выполнена: подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики.
Т-10 и PLT — следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почти одинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученные результаты идентичны: на обоих реакторах достигнута заветная температура термоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона — всего в двести раз.
Т-15 — реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле напряжённостью 3,6 Тл.
Ливия
ТМ-4А – скорее всего модификация советского Т-4.
Европа и Великобритания
JET(англ.) (Joint European Torus) — самый крупный в мире токамак, созданный организацией Евратом в Великобритании. В нём использован комбинированный нагрев: 20 МВт — нейтральная инжекция, 32 МВт — ионно-циклотронный резонанс. В итоге, критерий Лоусона лишь в 4—5 раз ниже уровня зажигания.
Tore Supra(фр.) [1](англ.) — токамак со сверхпроводящими катушками, один из крупнейших в мире. Находится в исследовательском центре Кадараш (Франция).
США
TFTR(англ.) (Test Fusion Tokamak Reactor) — крупнейший токамак США (в Принстонском университете) с дополнительным нагревом быстрыми нейтральными частицами. Достигнут высокий результат: критерий Лоусона при истинно термоядерной температуре всего в 5,5 раза ниже порога зажигания. Закрыт в 1997 г.
NSTX (англ.) (National Spherical Torus Experiment) — сферический токамак (сферомак) работающий в настоящее время в Принстонском университете. Первая плазма в реакторе получена в 1999 году, через два года после закрытия TFTR.
Alcator C-Mod(англ.) — один из трех крупнейших токамаков в США (два других — NSTX и DIII-D), Alcator C-Mod характеризуется самым высоким магнитным полем и давлением плазмы в мире. Работает с 1993 г.
DIII-D (англ.) — токамак США, созданный и работающий в компании General Atomic в Сан-Диего.
Япония
JT-60 (англ.) — крупнейший Японский токамак работающий в Японском Институте Ядерных Исследований (japan Atomic Energy Research Institute) с 1985 г.
Китай
EAST (англ.) — Экспериментальный усовершенствованный сверхпроводимый токамак (Experimental Advanced Superconducting Tokamak, EAST). Является глубокой модернизацией Российского токамака HT-7. Работает в рамках международного проекта ITER. Первые успешные испытания были проведены летом 2006 года. Принадлежит Институту физики плазмы Китайской академии наук. Расположен в городе Хэфэй, провинции Аньхуй. На этом реакторе в 2007 году был проведён первый в мире "безубыточный" термоядерный синтез, с точки зрения соотношения затраченной/полученной энергии. На данный момент это соотношение составляет 1:1,25. В ближайшем будущем планируется довести это соотношение до 1:50.

"Китайское чудо"?
      И тут возникает вопрос: "А зачем тогда нужен ITER?". Китай уже получил первые положительные результаты. И как вообще так вышло, что Китай не имея опыта термоядерных исследований менее, чем за 10 лет достиг результатов над которыми ведущие страны бьются уже не одно десятилетие???? Прямо как в русской народной сказке: "Дед бил не разбил, баба била не разбила, мышка (китайская) бежала, хвостиком махнула и…" термоядерный реактор заработал.
      А "ближайшее будущее" это сколько? Через 1 год, 2-, 5-, 10 лет? Получается неувязка со сроками. С одной стороны положительные результаты на ITER обещают лет через двадцать, с другой стороны Китай уже их достиг. Зачем же тратить огромные средства для создания нового реактора? Не проще ли взять за основу китайский? С ним тоже не все ясно. Как уже говорилось выше китайский реактор EAST это глубокая модернизация российского токамака Т-7. Что именно модернизировано не уточняется. Реактор Т-7 был построен еще в СССР в 1978 году, то есть по сути это устаревшая модель. С тех пор были созданы токамаки Т-10 и Т-15. Как утверждается Т-15 на момент запуска в 1988 году уже несколько отставал технологически от американского TFTR из-за затянувшейся постройки. Но как же все таки получилось, что китайские ученые сумели довести "до ума" устаревший лет на двадцать российский токамак? Гениальность китайских ученых? Нестандартный подход к решению проблемы? А может Т-7 был передан Китаю "немного" не в "рабочем состоянии"? Китайские специалисты лишь "там слегка подкрутили", "там подтянули", "там напильничком…" и реактор заработал. Но почему тогда не заработали российские, европейские, американские, японские реакторы более поздней постройки? Или все-таки заработали, но от мировой общественности данный факт старательно скрывается. Почему?

Версия первая – Технические трудности
      Но для запуска термоядерной реакции мало просто нагреть необходимые компоненты, еще необходимо удержать их вместе, не дав разлететься из-за огромного давления и скорости теплового движения. При такой температуре любое вещество превращается в плазму – ионизированный газ, состоящий из атомных ядер и оторвавшихся от ядер электронов.
      При 100 миллионах градусов, необходимых для начала реакции, как вы понимаете, испарится любой материал. Поэтому плазму держат в вакууме внутри реактора с помощью магнитного поля очень высокой напряженности. Это поле не дает заряженным частицам вылетать за пределы «плазменного шнура», а образующиеся во время реакции синтеза нейтроны магнитным полем не задерживаются и передают свою энергию стенкам установки, которые охлаждаются, например, жидким литием.
      Сегодня инженеры-ядерщики пытаются добиться управляемого термоядерного синтеза двумя путями, используя два различных подхода к решению проблемы сжатия водорода, его разогрева до состояния плазмы и удержания в процессе реакции термоядерного синтеза. Эти подходы называются «магнитной ловушкой» и «инерциальной ловушкой».
       При использовании магнитной ловушки плазма удерживается сверхмощным магнитным полем. Магнитные ловушки уже реализованы технически. Так что управляемый термоядерный синтез уже получен. Возникает вопрос, почему же тогда «даровую» энергию тяжелой воды не используют? Все просто – установка термоядерного синтеза по причине технического несовершенства для функционирования потребляет энергии больше, чем вырабатывает. Получается что, вместо того чтобы зарабатывать на термояде, мы ему же и доплачиваем. О какой «даровой» и зеленой энергии тогда может идти речь?

Версия вторая – Термоядерная энергетика как источник неиссякаемого финансирования
      На создание установок управляемого термоядерного синтеза (ТЯС) уже потрачена сотня миллиардов долларов и почти 50 лет исследований. Только США и Япония выделяют на эти исследования 500 млн. долларов в год. Международный проект ИТЭР потребует от 5 до 13 миллиардов долларов, и реализуется только через 15 лет, и опять же, это будет всего лишь опытный реактор.
      Не кажется ли вам, что кто-то нашел неплохой источник субсидий? Настолько неплохой, что имеет смысл и дальше «исследовать термояд», пресекая все альтернативные методы получения энергии из реакций ядерного синтеза?
      Один классик сказал, что энергетика — это физика плюс экономика. По выражению Л.А. Арцимовича, термояд заработает тогда, когда он нужен будет людям.
       Я бы добавил сюда и политику. Действительно, когда стала нужна термоядерная бомба, ее сделали за несколько лет.
       А управляемый синтез, значит, сегодня не нужен? Или просто не умеем?

Версия третья – Ученые бояться?
       Сотрудник факультета ПМ-ПУ и НИИ ВМ и ПУ профессор Евгений Игоревич Веремей рассказывает, что сейчас работа по решению вопросов управления плазмой в самом разгаре.
— Плазма, по сути дела, — говорит Евгений Игоревич, — это для нас просто объект управления, замкнутый виток с током. Причем свойства плазмы таковы, что она неустойчива, а для того чтобы добиться термоядерной реакции, необходимо удерживать плазму в положении равновесия, иначе она коснется стенок камеры, что может привести к катастрофическим последствиям. Известен выход — на плазменный шнур можно воздействовать магнитными полями, которые формируются управляющими электромагнитами. Специальная система диагностики фиксирует смещение плазмы, управляющее устройство (ЭВМ) по определенному закону подает команду в систему питания, которая выдает напряжения на электромагниты таким образом, чтобы пресечь возникшее смещение. Наша основная задача — выработать стабилизирующий закон управления для удержания плазмы в равновесии.
— Задачу по созданию ТОКАМАКа можно будет считать решенной, — говорит Е.И.Веремей, — если произведение плотности плазмы и времени ее жизни превысит определенный уровень (критерий Лоусона). Современные ТОКАМАКи близки к этому порогу, однако мне кажется, что пока и инженеры и физики, не без оснований, боятся его перейти. Сейчас все глубоко задумываются, чем все это закончится, потому что свойства плазмы в достаточной мере не изучены. Тем не менее повод для оптимизма есть. Социальная значимость относительно дешевого и безопасного способа производства энергии исключительно высока.
Не правда ли странно звучит? Что же, ученых можно понять. Не бояться только дураки =) Но только ли в страхе дело?
Китайские ученые добились результата и ничего страшного (по крайней мере пока) не произошло. "Ай да китайцы! Ай да молодцы!". Но давайте не будем спешить радоваться "китайскому чуду". Термоядерная энергия не настолько чистая и "зеленая" как нас уверяют и проблем может быть больше, чем кажется на первый взгляд. Как бы это достижение не оказалось в результате очередной "Пирровой победой".

Версия четвертая – Научный саботаж. Международный сговор
      По различным прогнозам запасов органического топлива хватит до 2030-2050 г. Промышленный термоядерный реактор обещают построить, ориентировочно, до того же времени. Не находите ничего странного в прогнозах? Что это? Совпадение?
      А может термоядерной энергетике специально не дают ход? Как уже упоминалось во второй версии, научный мир, возможно, нарочно затягивает решение проблем из корыстных интересов. Но ведь не могут же в правительствах всех стран одновременно сидеть болваны позволяющие ученым водить себя за нос и выбивать финансирование на затянувшийся проект. Почему же проект не прикроют? Значит есть перспектива. А причина затягивания реализации проекта, возможно, кроется в нежелании крупных корпораций и монополий терять миллиарды от добычи традиционного топлива. Вот они и спонсируют научные программы с условием, что термояд заработает тогда, "когда он будет нужен".
       Как-то руководителя английской термоядерной программы и лауреата Нобелевской премии Джона Кокрофта спросили, когда термоядерный реактор даст промышленный ток. Кокрофт ответил: «Через 20 лет». Этот же вопрос ему задали через 7 лет. Ответ был прежним: «Через 20 лет». Журналисты не преминули напомнить Кокрофту его слова семилетней давности, но невозмутимый англичанин отрезал: «Вы видите, я не меняю своей точки зрения».
Думаю что если господину Кокрофту еще через 7 лет зададут этот вопрос, его ответ будет таким же. Зачем же господин Кокрофт водит общественность вокруг пальца?

Версия пятая – "Фантастическая"
      В Интернете встретилось одна очень занимательная страница. Автор критикует современные подход к решению проблемы УТС. Не буду полностью пересказывать содержание, изложу только суть.
"… Путеводной звездой и фундаментом современной теории У.Т.С., считается условие Лоусона…"
"… Складывается весьма удручающая картина. Чтобы получить 1 ватт термоядерной мощности, нужно отразить 60МВт энергии с потерями не более 0,3Вт. Получается, что наша сфера должна иметь коэффициент потерь на отражении примерно один на сто миллионов, без учета потерь на излучение.
       Величина совершенно не реальная в техническом плане. Более того – существует прямой фундаментальный запрет, по второму закону термодинамики. И всякая попытка создать нашу гипотетическую оболочку с требуемым коэффициентом отражения, это безнадежная попытка изготовить вечный двигатель второго рода, в прямом смысле этих слов.…"
"… Следовательно, Условие Лоуссона не имеет физического смысла, т. к. вступает в противоречие со вторым законом термодинамики и представляет собой вечный двигатель второго рода.
      Проще говоря, удержать плазму достаточное время невозможно в принципе, и всякие попытки это сделать, обречены на провал. В любом случае потери энергии будут в тысячи раз больше, чет требует условие Лоусона, и этот вывод отлично согласуется с экспериментальными результатами за полвека.
      В итоге с полной уверенностью можно констатировать ошеломляющий ФАКТ -более полувека человечество изо всех сил бьется над созданием вечного двигателя в виде термоядерного реактора. Международный проект ИНТОР совершенно безнадежен и будет гарантированной пустой тратой 30 миллиардов долларов.…"
      Я не ученый и не физик, чтобы утверждать правоту приведенных выше рассуждений и выводов.
Серьезное заявление. Но если это так, тогда возникает вопрос: "А чем действительно уже полвека занимается научный мир?" Или кто-то опять решил меньшинством голосов, что "человечеству это еще рано знать"?

А если по-другому?
     Несмотря на то, что физика термоядерных реакций хорошо изучена, исследователи все же умудряются находить что-то новое. Зачем тратить 12 миллиардов долларов на сооружение ИТЭР, когда его основные функции можно повторить в лабораторных или домашних условиях? Фантастика? Не более пресловутого дефекта масс. Просто, как вы знаете, любую проблему можно решить несколькими способами.
      Не так давно в интернете появилась интересная новость, о том как американский студент в домашних условиях собрал термоядерный реактор по старинным чертежам.
      Новость несколько удивила: "Как это возможно? И по каким еще старинным чертежам?" Оказывается попытки сделать термоядерный реактор предпринимались еще полвека назад. Был сделан действующий образец. Занимался этой разработкой человек несколько далекий от ядерной физики, точнее специалист по телевидению. Вы удивлены? Я тоже был удивлен.